La creciente presión sobre el agua y el cada vez mayor costo para incrementar su disponibilidad mediante el mejoramiento o construcción de infraestructuras hidráulicas están obligando a agricultores e instituciones a buscar optimizar el uso del agua en la parcela. En esta búsqueda, el riego tecnificado se presenta como una alternativa ventajosa.
Así fue que dentro del objetivo general del Proyecto de Innovación Estratégica Nacional en riego (PIEN-Riego), se propuso evaluar métodos para optimizar el uso de agua en la agricultura regada e investigar las reales posibilidades de implementar métodos y equipos de riego tecnificado como una respuesta a la cada vez mayor demanda de agua para la agricultura campesina. Es evidente que en esta investigación no era necesario comprobar las bondades de la tecnología en si, sino, partiendo de las ventajas de los equipos existentes, evaluar las condiciones bajo las cuales se puede introducir riego tecnificado dentro del contexto de sistemas de riego campesinos.
Como primer paso en la investigación, el PIEN-Riego evaluó experiencias positivas y negativas en proyectos en Perú y Colombia e investigó el actual estado del riego tecnificado en la zona de los Valles de Bolivia. Uno de los principales hallazgos fue encontrar una cada vez mayor divulgación de riego tecnificado en dos condiciones específicas:
En zonas donde los agricultores reciben caudales pequeños y existe la posibilidad de acoplar un sistema de tubería individual al canal colectivo (por ejemplo el caso de Mishka Mayu y alrededores). En sectores productivos cuyos cultivos aún en pequeña escala son altamente rentables (flores en
invernadero, hortalizas).
Por lo regular, esta divulgación de tecnología se dio sin la intervención de instituciones de desarrollo, lo que demuestra que es una respuesta adecuada a un problema de los agricultores. Las divulgaciones autogestionadas demuestran además que el uso de un aspersor o línea de goteo en una parcela no es demasiado complejo y que la introducción de riego tecnificado puede generar beneficios suficientes como para hacer inversiones familiares en la compra de los equipos necesarios.
A pesar de esta muestra de conveniencia de los métodos de riego tecnificado para la agricultura campesina, no se evidencia una mayor divulgación. Principalmente se observa que en las áreas de influencia de sistemas colectivos mayores casi no existen ejemplos de innovación en el método de riego, aún cuando se aprecia una sentida escasez de agua. Regantes que visitan a sistemas con riego tecnificado suelen salir maravillados de la sencillez de los aspersores, pero en sus propios sistemas no replican estas experiencias.
Después de dos años de investigación-acción en distintas comunidades en la región de Valles del Bolivia, el PIEN-Riego determinó como el principal obstáculo para la divulgación de tecnología, la baja compatibilidad entre los esquemas de distribución existentes en sistemas mayores y las exigencias de la tecnología de riego tecnificado. En general, los caudales de distribución son demasiado grandes como para emplearlos directamente mediante aspersores o goteros. Por tanto, un agricultor que no cuenta con un reservorio de regulación, no le queda otra alternativa que aplicar su agua mediante métodos de riego superficial.
En vista de que para muchos agricultores no es posible construir un reservorio porque sus terrenos son muy pequeños o porque para cargar un sistema tecnificado por gravedad en ladera tendrían que construirlo en una parcela ajena, entonces la mayor divulgación de riego tecnificado depende en gran parte de modificar las condiciones de distribución antes de poder cambiar el método de aplicación.
Recién cuando se cuenta con una entrega de agua a los usuarios con caudales pequeños y por periodos largos, puede diseñarse un sistema colectivo de cámaras, tuberías e hidrantes, que permita a todos los agricultores, que así lo deseen, usar aspersores o goteros para la aplicación de sus turnos de agua. Adicionalmente, en el diseño se tiene que tomar en cuenta otras condiciones específicas de la agricultura campesina, como por ejemplo rotaciones de cultivos, su organización de trabajo, la irregularidad de las parcelas y los límites socio-organizativos dentro de las comunidades.
Actualmente en el mercado existen emisores (goteros, aspersores, etc.) de todo tipo y para cada situación. En este aspecto, hay poco nuevo que inventar con respecto a equipamientos. Lo nuevo del diseño de riego tecnificado para la agricultura campesina valluna es que por un lado, tiene que compatibilizarse los emisores y los sectores de riego con las condiciones socio-productivos de la zona y por otro, tiene que adecuarse la distribución de agua a las capacidades de los emisores. El resto es aplicación de las reglas y procedimientos de diseño existentes.
De acuerdo con esta filosofía de trabajo este manual de diseño de riego tecnificado para los valles andinos trata más que solo de las fórmulas para el diseño hidráulico de la red de tuberías (como la mayoría de los libros de diseño). Previo a ello, el manual aporta conocimientos y metodologías para diagnosticar las condiciones productivas y socio-organizativas, evaluar si estas son las adecuadas para la introducción de riego tecnificado y en caso necesario, dar sugerencias para modificarlas en un escenario apto para hacerlo.
El contenido del manual refleja la importancia de la compatibilidad entre tecnología y las condiciones de la producción agrícola. Por tanto, inicia con una breve reseña de algunas características de la agricultura andina, las que deben considerarse para la implementación de un sistema de riego tecnificado. Después, en el siguiente capítulo se describe en detalle los componentes de los sistemas de riego tecnificado, como infraestructura básica, equipos, accesorios y emisores. En el tercer capítulo, se describen los pasos metodológicos para el diseño. En el cuarto capítulo representa a detalle los procedimientos para la elaboración de un proyecto tecnificado por aspersión y microriego. En el quinto capítulo se desarrolla ejemplos de cálculos para el diseño de goteo y aspersión. En el sexto capítulo se presentan recomendaciones prácticas para el desarrollo participativo de un sistema de riego tecnificado y finalmente en el último capítulo se presentan recomendaciones para la operación y mantenimiento de sistemas de riego.
La introducción de riego tecnificado sólo puede ser exitosa cuando existe compatibilidad entre la tecnología introducida y las condiciones de producción agrícola existentes. La primera tarea de cualquier diseñista es entonces investigar si se puede generar tal compatibilidad. Para ello, debe conocer las características tanto de los sistemas de riego tecnificado, como de la agricultura de los valles.
1.1 Características de los sistemas de riego tecnificado
Para simplificar el análisis de los sistemas de riego tecnificado, se dividen sus características en dos: sus elementos básicos y las características de su funcionamiento.
1.1.1 Elementos básicos de un sistema de riego tecnificado
En términos generales, un sistema de riego se define como la combinación de los siguientes elementos: Una fuente de agua.
Una infraestructura para la captación, conducción y distribución de agua (eventualmente con embalsamiento).
Un área geográfica con terrenos agrícolas, donde se aplica el agua, denominada área de riego o de influencia.
Un grupo de usuarios, quienes conjuntamente tienen el usufructo de la fuente y distribuyen el flujo de agua entre ellos sobre la base de acuerdos locales.
Un sistema de riego tecnificado tiene los mismos elementos, pero a consecuencia del cambio de método de aplicación de agua en la parcela, con algunos elementos adicionales:
Una red de conducción cerrada, que permite la distribución de agua bajo presión.
Una serie de emisores (aspersores, microaspersores y goteros) a través de los cuales se realiza la aplicación controlada de agua al suelo.
Una fuente de energía para generar presión en el sistema, que puede ser la diferencia de cota entre el lugar de carga y el sitio de aplicación o un equipo de impulsión (bomba).
Estructuras o equipos auxiliares que permiten controlar presión y calidad física del agua.
Compatibilizar el riego tecnificado
y la agricultura andina
Foto 1: Zona de riego por aspersión Kholuyo, Cochabamba Foto 2: Parcela bajo riego por aspersión
En Bolivia se identifican básicamente dos tipos de sistemas de riego. Los sistemas individuales, manejados por una sola familia que tienen una libre disponibilidad de agua debido a que posee alguna fuente propia bajo su influencia exclusiva, y los sistemas colectivos, manejados por un grupo de usuarios, que cuentan con reglas de reparto establecidas, que rigen la distribución de agua de riego a todos sus socios.
En vista de que aproximadamente el 95% de los regantes en Bolivia forman parte de sistemas colectivos, la introducción de riego tecnificado en ese tipo de sistemas recibe nuestra mayor atención. Allá también radica la diferencia entre este manual y otros sobre el tema de riego tecnificado. La mayoría de los manuales parte del supuesto implícito que el dueño del agua puede tomar decisiones autónomas en cuanto al momento, duración y frecuencia de las aplicaciones de riego. En nuestro caso, asumimos que la mayoría de los usuarios no tienen decisión individual sobre turnos y frecuencias, porque están inmersos en sistemas colectivos. Para la introducción de riego tecnificado, por tanto tienen que independizar sus decisiones construyendo un reservorio privado o hacer un salto colectivo hacia el uso de riego tecnificado.
1.1.2 Características del riego tecnificado en operación
Las características de operación de un sistema de riego tecnificado difieren sustancialmente de las de métodos superficiales. Las principales diferencias se encuentran en los bajos caudales utilizados, en una estrategia de riego frecuente, extensos tiempos de aplicación, costos relativamente altos y requerimientos de uso de excelente calidad física.
Las principales características de operación de los sistemas de riego tecnificado son:
Caudales pequeños en la aplicación de agua
Para lograr la aplicación uniforme y eficiente de la lámina de agua a reponer al suelo, los sistemas de riego tecnificado emplean emisores cuyo caudal de operación fluctúa entre 2 y 10 l/hr por gotero y entre 1.080 y 14.400 l/hr por aspersor (0,3 y 4 l/s). Microaspersores y demás emisores caben dentro de estos rangos.
Considerando los tamaños de parcela promedio en la zona de valles, para el riego de una parcela agrícola, ya sea mediante aspersión, goteo o microaspersión, se requiere por lo regular un caudal total que fluctúa entre 3.600 l/hr y 18.000 l/hr (1 l/s y 5 l/s).
Aplicación de agua con alta frecuencia
Sistemas de riego tecnificado requieren riegos más frecuentes que aquellos usualmente realizados en métodos superficiales. Principalmente porque con estos métodos se propone mantener la humedad en el suelo lo más cercana al punto de capacidad de campo, reduciendo los niveles de estrés hídrico y flujos por capilaridad.
Para sistemas por aspersión, se recomienda no considerar intervalos entre riegos mayores a 8 días y en caso de sistemas de goteo no mayores a 3 días.
Tiempos largos de aplicación
Las bajas tasas de aplicación con que se realizan los riegos tecnificados obligan a contar con tiempos relativamente largos de aplicación. Así por ejemplo para la reposición de láminas entre 18 a 25 mm, comunes para frecuencias de 7 a 8 días en aspersión, es necesario que un emisor trabaje en una posición por un tiempo de 4 a 5 horas.
Costos de inversión relativamente altos
La introducción de sistemas tecnificados implica la compra e instalación de redes de tuberías, construcción de obras especiales y la compra de emisores y accesorios con costos relativamente altos. Estos costos pueden reducirse para el agricultor con apoyo financiero de alguna institución. Aún así, suele haber susceptibilidad sobre los altos costos por ejemplo para la reposición de equipos, mas aún en comparación con los métodos de riego superficial que dependen principalmente de mano de obra propia. Pruebas realizadas durante el PIEN-Riego, experiencias de pequeños agricultores y las presentadas en varios países vecinos permiten aseverar que una vez que se logra operar correctamente un sistema de riego tecnificado esta sensibilidad se reduce.
Agua limpia
Los emisores de riego tecnificado son susceptibles a obstrucciones, en distinto grado según el tipo de emisor. Para garantizar su buen funcionamiento es necesario contar con agua de buena calidad o con equipos que ayudan a limpiarla. Normalmente, el sistema incluye un sistema de filtrado, que puede variar desde simples canastillos hasta instalaciones complejas con equipos múltiples. Su empleo depende de las características de los emisores y de la cantidad de impurezas en el agua.
Importa también la calidad química del agua. Por una parte, porque altas concentraciones de varios compuestos pueden limitar la productividad de los cultivos, y por otra, porque algunas sales contribuyen a una rápida obstrucción de las tuberías y emisores.
Foto 3: Canal de riego, agua con alta carga de sedimentos Foto 4: Emisores susceptibles a obstrucciones
Establecimiento de sectores con presiones similares
El buen funcionamiento de un sistema de riego tecnificado colectivo depende, entre varios factores, de la distribución de similar presión en todos los hidrantes. El funcionamiento simultáneo de una mayor cantidad de hidrantes y emisores que los proyectados pueden afectar sustancialmente a la presión de trabajo del sistema. Se propone establecer sectores que cuenten con rangos similares de presión, lo que permite asegurar una alta homogeneidad de aplicación de agua en todas las parcelas.
Equipo permanente en el terreno
La implementación de sistemas tecnificados conlleva la colocación de equipos y piezas en las parcelas, muchas de las cuales pueden causar problemas en la ejecución de labores agrícolas. Así por ejemplo, las líneas de goteo complican las labores de poda y aporque. O bien la instalación de tuberías enterradas puede perjudicar las labores de subsolado del terreno.
Para la selección de materiales es necesario conocer las características de resistencia, movilidad y ubicación de piezas y partes para proteger el sistema y garantizar su operabilidad.
1.2 Características de la agricultura regada en la zona Andina
Con miras a la implementación de sistemas de riego tecnificado a continuación se describen algunas características más o menos generalizadas de la agricultura regada en los valles. Se detallan las que son de impacto directo para el diseño de un sistema de aspersión o goteo y se explica la interrelación entre estas características con el riego tecnificado.
Agrupación de pequeños agricultores con tenencia de terrenos entre 0,3 a 5 ha.
Las comunidades campesinas de la zona de Valles son agrupaciones de familias campesinas, que en general tienen extensiones pequeñas de terreno (entre 0,3 a 5 ha), normalmente subdivididas en distintas parcelas. En algunos lugares, principalmente donde la presión sobre la tierra es alta y hay agua disponible, las familias cultivan todos sus terrenos, pero es más común encontrar parcelas en descanso.
La implementación de riego tecnificado es más sencilla en parcelas de mayor superficie, para las que muchas recomendaciones de catálogo son aplicables. Cuanto más pequeñas e irregulares sean las parcelas, más compleja es la instalación de emisores. Por otra parte, la rotación de cultivos complica el diseño y el funcionamiento de un sistema de riego tecnificado.
Terrenos irregulares
Aparte de ser pequeñas, muchas de las parcelas en la zona Andina tienen una forma irregular, en límites y topografía. Ambos factores requieren atención especial a la hora del diseño de riego tecnificado. Las formas irregulares obligan al uso de emisores especiales (especialmente aspersión) para lograr una adecuada homogeneidad en el riego y no perder mucha agua fuera de los límites del terreno de uno. Si bien el efecto borde existe en cualquier tipo de parcela, en parcelas pequeñas el porcentaje de borde es tan sustancial, que debe considerárselo de forma distinta a las propuestas en la literatura clásica. Por su parte, las variaciones en altura por topografía ondulada obligan a prestar especial atención a los cambios de presión en la parcela, las que influyen en los caudales emitidos a lo largo de una línea de goteo o de aspersión.
Foto 5: Área agrícola en ladera Foto 6: Riego superficial por surcos
Topografía ondulada con pendientes fuertes
En gran parte de la región de Valles, los terrenos por regarse se ubican en laderas, por lo que son difíciles de regar por métodos superficiales y sumamente propensos a la erosión. Si bien existen métodos de riego superficial que reducen el riesgo de erosión (como se demostró durante la investigación PIEN-Riego), en los Valles bolivianos estos aún no son muy difundidos. Por tanto, el riego en laderas se convierte en uno de los principales enemigos de los agricultores a mediano plazo, ya que la pérdida de suelo pone en riesgo la sostenibilidad de su propia producción.
En estas condiciones de ladera el riego tecnificado es una interesante alternativa de aplicación de agua, ya que elimina en gran parte el riesgo de erosión. Además la aplicación de riego tecnificado se facilita porque la energía de carga de presión es la gravedad, que evita costos energéticos adicionales.
Acceso abierto a la parcela familiar
En muchas partes de los Andes, las parcelas familiares están abiertas a que personas ajenas entren o pasen por estas. La ventaja de esta apertura es que en tiempos sin cultivo, la misma parcela se usa para el pastoreo de animales o como senda que acorta la distancia para los transeúntes.
Una desventaja del acceso abierto es que hay control y protección limitados sobre eventuales instalaciones fijas ubicadas dentro de la parcela. Tal es el caso de líneas de goteo, que después de la cosecha están desprotegidas y pueden ser pisoteadas por los animales o ser objeto de curiosidad y destrozo de los niños que caminan a la escuela.
Escasez de dinero para inversión y costos de mantenimiento
Por los tamaños de parcelas, la relativamente baja productividad de la agricultura andina y los bajos precios para sus productos, los ingresos de las familias rurales suelen ser bajos. Sobre los eventuales excedentes de las parcelas existe una alta presión por los cada vez mayores gastos monetarios de las familias (por ejemplo productos alimenticios como arroz y azúcar, material escolar, electricidad).
Dentro de este contexto, es difícil que una familia tenga el dinero disponible para invertir en equipos de riego tecnificado. Debe estar absolutamente comprobado que la inversión en un nuevo método realmente rinde. Comprobado esto, en la mayoría de los casos las familias buscan la forma de acceder a crédito o apoyo financiero para poder conseguir los equipos e instalaciones necesarias.
La escasez de flujo de caja en las parcelas agrícolas afecta directamente en el diseño del riego tecnificado. Se recomienda optar por equipos que sólo requieren mantenimiento en mano de obra (principalmente limpieza), sin requerir una frecuente inversión nueva en repuestos. Para lograrlo, conviene diseñar equipos y piezas robustos, sobre todo en los puntos de manipulación (cámara de carga, filtros, cámaras de distribución, aspersores, líneas de goteo). Lo que es más factible cuando la inversión inicial cuenta con apoyo financiero externo. Cuando se diseña para una instalación con fondos propios, conviene mantener el criterio de diseño robusto para evitar desencantos y costos mayores durante la operación del sistema.
Torpeza y descuido en el uso y mantenimiento rutinario
La necesidad de instalaciones y equipos robustos se refuerza considerando que los agricultores andinos no están acostumbrados a manejar equipos delicados. En reparaciones y ajustes en el funcionamiento de un equipo suelen aplicar la fuerza más que herramientas especiales. Las muchas compuertas dobladas en sistemas por gravedad y válvulas inoperables en cámaras de riego tecnificado, son una fehaciente prueba.
Por otro lado, el agricultor andino suele descuidar el mantenimiento de sus equipos y herramientas, lo que complica el correcto uso de riego tecnificado, porque justamente este requiere cuidados y mantenimientos frecuentes para poder garantizar el funcionamiento y asegurar que opere por el periodo de vida útil previsto.
Estas observaciones subrayan la importancia de hacer diseños robustos y de efectuar una capacitación intensiva sobre el buen manejo de los equipos. Sobre todo en el caso de los sistemas de goteo que son más susceptibles a fallas.
Derechos de agua inscritos en sistemas mayores de riego
Una de las características principales que afecta a la instalación de sistemas de riego tecnificado es la forma de distribución de agua entre las familias campesinas. Lo más común es que una familia tenga derechos de agua dentro de un sistema colectivo. En estos sistemas el agua suele emplearse mediante una rotación de monoflujo entre los usuarios. Siendo sus turnos fijos o variables, tienen como común denominador que el caudal entero es entregado familia tras familia según una secuencia establecida. El tiempo que le toca regar a cada familia, depende de la división de los derechos de agua dentro del sistema.
El caudal de aplicación depende del caudal en la fuente. Este está en función de la disponibilidad hidrológica (en caso de tomas directas) o del caudal de largada (en caso de reservorios). En ambos casos, los caudales suelen ser relativamente grandes; mayores a 20 l/s y en algunos sistemas hasta 200 l/s.
Los tiempos de aplicación dependen de la envergadura del derecho de cada uno. Suelen ser relativamente cortos y tienden a acortarse a consecuencia de procesos de herencia. En muchos sistemas, los tiempos de aplicación no sobrepasan unas pocas horas y es común encontrar tiempos de riego expresados en minutos.
El intervalo del riego depende de la suma de tiempos de riego del conjunto de los usuarios. Recién después de que todos reciban su agua, vuelve a empezar la ronda de riego desde el primer usuario. En general, estos periodos se alargan hasta varias semanas y en algunos sistemas hasta más de un mes, con lo que los intervalos son demasiado largos para un buen riego y exageradamente largos para su aplicación por métodos tecnificados.
Los agricultores saben que la combinación de estos factores (gran caudal, tiempo corto, intervalo largo) no es el óptimo para la producción regada, pero presenta una serie de ventajas que mantienen su vigencia. En un tiempo corto se concentra toda la actividad de riego y vigilancia del agua. Los caudales mayores garantizan la llegada del agua a la parcela, lo que con caudales menores sería dudoso sobre todo para las parcelas lejanas alimentadas por canales rústicos de tierra.
Es evidente que estas características de distribución de agua se contraponen a lo requerido para la introducción de riego tecnificado: caudales pequeños, tiempos largos e intervalos cortos. Por lo que sistemas colectivos que deseen introducir áreas con riego tecnificado, deberán contar con usuarios con la voluntad para modificar su esquema de distribución a uno compatible con las características de la nueva tecnología.
Calidad de agua
En la región andina el agua de las fuentes superficiales suele ser agua turbia, con una relativamente alta carga de sedimentos y en algunos casos contaminantes biológicos y químicos. Entre las fuentes de agua superficiales hay pocas que no transportan grandes cantidades de material sólido, con concentraciones variables durante el año.
En sistemas de riego superficial las cargas de sólidos no representan mayores problemas. Solo pueden originar una mayor demanda de limpieza y mantenimiento por sedimentación en los canales. Para sistemas tecnificados es necesario evaluar a detalle la calidad física y química de las aguas a usar, ya que tendrá implicaciones al momento de determinar la factibilidad de uso para algún método en específico e influye en la selección de equipos para su filtrado.
Deficiente oferta de servicios en el área rural
La agricultura andina depende casi exclusivamente de los mismos agricultores. Por lo regular no se cuenta con servicios de asistencia técnica, ni apoyo financiero para invertir en su producción.
La falta de una red de servicios en el área rural puede ser un impedimento para introducir riego tecnificado, ya que requiere una fuerte inversión inicial y trae consigo mayores costos de operación y mantenimiento que un sistema de riego superficial. Para cubrir estos costos, los cultivos producidos
tienen que generar ganancias adicionales. La rentabilidad de los cultivos incrementa cuando el riego tecnificado va acompañado de mejoramiento en la fertilización, control fitosanitario y un manejo adecuado del cultivo.
Es difícil solicitar cambios en los agricultores sin que ellos cuenten con un servicio de asistencia técnica y financiera, que incluya apoyo en la puesta en marcha del riego tecnificado y que brinde recomendaciones en las otras áreas de la producción. Además, un apoyo técnico podría facilitar que los mismos agricultores emprendan investigaciones aplicadas acerca de la relación riego - producción en todas sus dimensiones.
1.3 Lecciones de las experiencias de la introducción de riego tecnificado
La descripción de las características del riego tecnificado y de la agricultura andina demuestra que varios factores dificultan la compatibilidad entre tecnología y agricultores. En algunos casos, esta brecha puede llevar a optar por la no introducción de riego tecnificado, ya que los usuarios no tienen la capacidad de volverse portadores de la tecnología propuesta. En muchos otros, sin embargo, existe un potencial para introducir riego tecnificado, pero tomando en cuenta que en el diseño y su implementación se tiene que lograr la compatibilidad requerida. En la práctica, implica dos direcciones de acción: por un lado, seleccionar una combinación de emisores, red hidráulica y reglas operativas que satisfaga las necesidades y capacidades del grupo de usuarios en cuestión y por otro, avanzar con los agricultores en adecuar su esquema de distribución y capacitarlos para que puedan autogestionar la tecnología introducida.
Foto 7: Conexiones para líneas de goteo abandonadas Foto 8: Cabezal de riego por goteo desarmado e inoperable
De las experiencias de riego tecnificado implementadas en la región en sistemas individuales y colectivos, exitosos y fracasados, pueden deducirse algunas lecciones importantes sobre las posibilidades de compatibilizar las características de la tecnología con las de sus beneficiarios.
Condiciones de éxito
La mayoría de las experiencias con riego tecnificado se desarrollaron en pequeñas superficies, con una sola o pocas familias de regantes. En su mayoría son experiencias de goteo y microaspersión en condiciones bastante controladas. Entre estas, el común denominador de las experiencias exitosas es que:
Cuentan con pozos o tanques de regulación, los que permiten una regulación flexible del caudal y frecuencia para aplicar al cultivo.
Los cultivos trabajados son altamente rentables (por ejemplo flores, vid).
Están inmersas en una cadena de producción mayor, que cuenta con varios tipos de servicio técnico a la producción.
Aspersión en sistemas colectivos
En los valles de Bolivia se dieron algunas experiencias con la introducción de aspersión en sistemas mayores. La mayoría de estas fueron abandonadas después de un relativamente corto periodo de funcionamiento. Los problemas más frecuentes fueron:
Existe poca capacitación para la puesta en marcha y para el mantenimiento de los sistemas instalados. Los diseños de los sistemas de riego tecnificado suelen ser relativamente simples, restringiéndose
principalmente al diseño hidráulico. No existe una práctica de diseño integral que considere factores de organización, reglas de distribución de agua y una selección participativa de los emisores. En algunos sistemas se intentó trabajar con equipos colectivos lo que causó problemas en el cuidado
de los aspersores y en la organización de su uso (transferencia de un usuario a otro).
Hubo casos en los que la instalación de filtros respondía más al presupuesto disponible que a los requerimientos de limpieza y la calidad de agua disponible. En consecuencia, se requería continuamente limpiar los filtros, lo que a la larga llevó a que los regantes retiraran los filtros llevando a la obstrucción de los emisores.
Son contadas las experiencias exitosas de riego por aspersión colectiva. Un ejemplo conocido es el de Mishka Mayu, en el Departamento de Cochabamba, donde se aplica el concepto de multiflujo y riego simultaneo, a un caudal no muy alto, lo que permite que cada agricultor lo aplique por aspersión. En este sistema es responsabilidad de cada usuario captar el agua con un tipo de embudo y llevarla a su parcela con mangueras flexibles. El sistema parece ser sostenible. Su principal problema es la deficiente selección de emisores. Para una correcta aplicación y dispersión del agua los aspersores elegidos requieren una mayor presión a la que cada agricultor puede generar entre su punto de toma y el inicio de su parcela. Para resolver los efectos de la subpresión, los agricultores suelen ampliar las boquillas, lo que afecta a la homogeneidad en la aplicación y aumenta el riesgo de erosión por encharcamiento.
Otro ejemplo exitoso es en el sistema Tomoyo, Departamento de Potosí, donde se introdujeron cañones de aspersión. Hasta el momento no es posible determinar su grado de autogestión ya que sigue habiendo presencia de personal de apoyo institucional en la operación y mantenimiento del sistema.
Problemas inherentes al sector
En el análisis de las experiencias, se detectó como una causa determinante de varios problemas la organización del mismo sector. En Bolivia existen sólo algunas casas comerciales que venden equipos de riego tecnificado. Estas mismas suelen hacer los diseños de los sistemas, pero sin contar con un presupuesto adicional para este trabajo. Por lo que deben hacerlo de forma rápida y sencilla. Rara vez cuentan con un presupuesto para acompañar a los usuarios. Es común que después de la instalación expliquen una vez el funcionamiento, pero no puedan dar un acompañamiento a su funcionamiento.
El hecho que las casas importadoras se responsabilicen del diseño e instalación tiene algunos efectos inesperados:
En general, el costo de su diseño forma parte del costo de los materiales y equipos por instalarse. Por tanto, es importante que su inversión de tiempo en el diseño sea limitada. A consecuencia no suelen hacer diseños participativos, con diagnóstico de las condiciones locales de disponibilidad y reparto de agua.
Algunas veces, la selección de equipos depende más del stock de emisores que de un análisis sobre su conveniencia para los agricultores (considerando presiones, tamaños de parcelas, caudal de aplicación, etc.).
La capacidad técnica de las casas comerciales es buena con relación a los productos que venden e instalan, pero limitada en cuanto a la producción agrícola y al funcionamiento de sistemas colectivos. No existen empresas especializadas en el diseño integral de sistemas de riego tecnificado, ni cursos de especialización sobre el tema.
Las casas comerciales de riego tecnificado están principalmente concentradas en las ciudades de La Paz, Cochabamba y Santa Cruz. Como efecto, la distancia entre sus centros de operación y los proyectos suele ser tan grande, que impide efectuar una serie de visitas para hacer un diagnóstico detallado, el diseño en campo y una instalación participativa. Esto ocasiona que su trabajo suela ser más genérico y no tan específico para el lugar.
Esta gran distancia a la zona de proyectos influye también en las posibilidades para reponer partes malogradas. A menudo, el costo de traslado del agricultor a la ciudad cuesta un múltiplo del precio de un repuesto. La falta de instalación oportuna de repuestos puede ocasionar un rápido deterioro de todo el sistema, una reducción en su vida útil y el pronto desencanto de los agricultores con la propuesta tecnológica.
En este capítulo se describe las características de los componentes básicos de un sistema de riego tecnificado: cabezal, red de distribución, accesorios y emisores, y se revisa de forma somera equipos, accesorios y obras adicionales requeridas. Para las obras adicionales, se prevén algunos detalles constructivos tipo para la estimación preliminar de costos.
La información presentada es básicamente la que se requiere para poder entrar al tema de diseño. Se recomienda complementarla con una revisión de la literatura presentada en bibliografía.
2.1 Componentes
La infraestructura de los sistemas de riego tecnificado esta compuesta por tres componentes básicos. Cabezal.
Red de tuberías y accesorios. Emisores.
Foto 9: Componentes de un sistema tecnificado
2.1.1 Cabezal
El cabezal está constituido por varios equipos y accesorios que conjuntamente permiten regular el caudal, controlar la calidad del agua y generar la presión necesaria para la operación del sistema.
Componentes, equipos y materiales
en sistemas de riego tecnificado
Cabezal de sistemas de goteo
El cabezal de un sistema de goteo se denomina también estación de control. Para sistemas de goteo pequeños a medianos suele estar construido de PVC e instalado horizontalmente a una altura mínima de 60 cm desde el suelo para facilitar su operación (FAO, 2000).
Las piezas comunes en este tipo de cabezales (su descripción a detalle se realiza más adelante): Válvulas El uso de válvulas en cabezales permite la regulación, control y correcta
operación del flujo hacia las áreas de riego. Generalmente se cuenta con una válvula de aire, válvulas de paso y en sistemas con bombeo una válvula de retención.
Manómetros Los manómetros instalados en un cabezal sirven para medir la presión de ingreso al sistema tecnificado. Regularmente se cuenta con un par de ellos, antes y después de los filtros, para verificar su estado de operación.
Filtros Los filtros tienen la función de la limpieza física del agua. De acuerdo con la calidad de agua y de los emisores utilizados, se instala uno o varios tipos de filtros. Pueden ser instalados en serie cuando se realizan varios pasos de limpieza o paralelo cuando se desea incrementar el caudal de filtrado.
Bombas Las bombas tienen la función de impulsar agua a presión por la red de tuberías. Por lo general, se utiliza bombas centrífugas, con motores de explosión o eléctricos. En zonas en ladera se aprovecha la diferencia de cota entre un punto de carga elevado y las parcelas agrícolas, para cargar el sistema tecnificado, sin tener que usar bombas.
Inyectores de fertilizante Los inyectores son equipos especiales para aplicar fertilizantes conjuntamente al agua de riego.
Programadores de riego Los programadores de riego son equipos electrónicos instalados por lo general en sistemas grandes, que permiten la automatización del sistema de riego. En combinación con válvulas solenoides, permiten el cierre y apertura de flujo mediante señales eléctricas.
Cabezal de sistemas de aspersión
En sistemas por aspersión en ladera, los cabezales son más sencillos que los descritos para goteo, ya que rara vez se inyectan fertilizantes en estos sistemas, los requerimientos de filtrado son menores y se puede controlar la presión directamente en los emisores.
En zonas en ladera los cabezales consisten de una cámara de carga con una malla de filtrado y una válvula, desde la cual se controla la salida de aire de las tuberías del sistema y se regula el caudal de ingreso al sistema.
En zonas llanas, donde se requiera una bomba para impulsar el agua, se recomienda construir cabezales similares a los propuestos en goteo. Pero sin equipos de programación ni inyección de fertilizante.
En algunas instalaciones rústicas el cabezal simplemente consiste de una bomba, que muchas veces es móvil, con una canastilla conectada a su chupador.
2.1.2 Red de tuberías y accesorios
Para la distribución de agua desde la fuente hacia las unidades, los sistemas de riego tecnificado cuentan con una red de tuberías, compuesta por:
Tubería principal, que es la tubería que conecta el cabezal con las áreas de riego. Los materiales preferidos para estas líneas son PVC, polietileno de alta densidad y tramos de fierro galvanizado, en diámetros que suelen fluctuar entre 2” y 10”. La tubería principal siempre está enterrada para su protección.
Tubería secundaria, que transporta el agua desde la red principal hacia los laterales. Por lo general con diámetros de 1” a 2½”. Preferentemente son tuberías de PVC o polietileno y pueden estar enterradas. En algunos sistemas de aspersión móvil no se cuenta con una tubería secundaria, ya que la línea móvil se conecta directamente a la red principal.
Laterales, que son tuberías o mangueras a las que están conectadas los emisores. Por lo general sus diámetros fluctúan entre ¾” y 1¼” para aspersión y entre 16 mm y 20 mm para sistemas de goteo. El material predominante es polietileno de baja y media densidad. Los laterales suelen estar sobre el terreno o colgados entre el cultivo (vid).
Entre los principales accesorios de una red, se encuentran:
Conexiones de tubería: para la conformación de la red se precisan accesorios para unir tuberías, generar giros en la línea de transporte y derivar parte del flujo hacia sectores. Para ello se cuenta en el mercado con una gran cantidad de accesorios en PVC y accesorios de Junta Rápida para polietileno. Válvulas de control: existe una gran variedad de válvulas cuyas funciones son el mantener una sola
dirección de flujo y regular el caudal de paso. Hay válvulas de retención, válvulas de paso (compuerta, medio giro, globo), válvulas de solenoide y válvulas automáticas de regulación de presión y caudal. Accesorios auxiliares: entre estos se cuenta con válvulas de aire (ventosas) y válvulas para medir el volumen y caudal, las que tienen por objetivo mejorar las condiciones de operación y control del flujo.
2.1.3 Emisores
Los emisores son los dispositivos que permiten la salida regulada de agua desde una red presurizada. Los principales son aspersores, microaspersores y goteros. Son el núcleo del sistema tecnificado, debido a que sus características influyen directamente en el diseño de la red de distribución y los requerimientos de potencia de la bomba.
En el mercado internacional existe una gran variedad de emisores, desde algunos muy simples a otros bastante sofisticados. Para los sistemas de riego en los Andes, se concluye que los emisores deben tener las siguientes características principales:
Entregar el agua en caudales uniformes y poco susceptibles a variaciones de presión. Tener una sección de paso amplia, para evitar obstrucciones.
Tener poca sensibilidad a cambios de temperatura.
Ser de fabricación robusta y con una baja variabilidad de fabricación de piezas. Tener un costo relativamente bajo.
El número de emisores necesarios fluctúa de algunas piezas en caso de aspersión, hasta algunos miles de unidades en sistemas por goteo. En el capítulo de diseño se analiza a detalle la metodología para su selección.
2.2 Clasificación de sistemas de riego tecnificado
Tomando como base lo propuesto por la FAO (2000), se puede clasificar los sistemas de riego tecnificado a partir de tres criterios: el método de entrega de agua a los cultivos, la presión de operación del sistema y el tipo de instalación.
Método de aplicación de agua
En función del tipo de emisor utilizado y la forma de aplicar el agua al suelo se distingue dos tipos de sistemas:
Sistemas de riego por aspersión, en los que se realiza una simulación de lluvia sobre el cultivo. Entre los emisores se tienen aspersores agrícolas con intensidades de aplicación medias a bajas y cañones de riego con altas intensidades de aplicación y mayores radios de mojamiento.
Sistemas de microriego, que pueden dividirse en sistemas de goteo y microaspersión. El agua se aplica solamente al sector donde se encuentran las raíces de las plantas, con muy bajas tasas de aplicación (riego localizado).
El método y tipo de emisor son preponderantes para la definición de las características de operación del sistema de riego tecnificado, porque influyen en tiempos de riego, presiones de trabajo, criterios de diseño de tuberías y capacidades de flujo.
Presión de operación
De acuerdo con la presión nominal requerida en el emisor, se establecen las siguientes categorías: Sistemas de baja presión, cuyo rango de presión fluctúa entre 5 y 15 metros de columna de agua
(mca).
Sistemas de media presión, con una presión entre 15 a 35 mca. Sistemas de alta presión, con una presión mayor a los 35 mca.
Tipo de instalación
En cuanto al tipo de instalación, los sistemas de riego tecnificado pueden clasificarse como:
Instalaciones fijas, en las que ninguno de los componentes requiere ser movido o transportado de un lugar a otro en la parcela, por lo menos durante una temporada de cultivo.
Instalaciones semi–fijas, en los que las tuberías secundarias no se mueven de posición por lo menos en una temporada. Un ejemplo son los sistemas en los que sólo se cambia la posición de los aspersores.
Instalaciones móviles, en los que los laterales (líneas) y en algunos casos excepcionales hasta secundarios son móviles.
2.3 Equipos y materiales
A continuación se presenta en detalle características y recomendaciones para emisores, accesorios y obras adicionales de un sistema tecnificado.
2.3.1 Emisores
Los emisores permiten la aplicación de agua al terreno, mediante la simulación de lluvia sobre el cultivo o entregando agua directamente al suelo en la zona de raíces. Todos los emisores de riego tecnificado obligan el paso del agua por pequeños orificios, sectores de vortex o rutas de laberinto, de manera que cada emisor entregue un caudal relativamente uniforme dentro de un rango de presión determinado.
último es el más deseable en sistemas de goteo ya que genera una mayor pérdida de carga y arrastra material con el flujo impidiendo el taponamiento.
Aspersores
Los aspersores son artefactos que permiten reponer el agua al suelo mediante una simulación de lluvia. Los más comunes en sistemas agrícolas son los de aspersores de impacto, que tienen un sistema de martillo que provoca la dispersión del chorro de agua y el giro del equipo para formar un círculo de mojamiento (Foto 14). Pueden tener una o dos boquillas. Los con dos boquillas distribuyen más uniformemente el flujo, ya que cuentan con una boquilla para lejos y otra para cerca. Los aspersores pueden ser de giro completo o sectorial; los últimos mojan sólo una sección de círculo, lo que permite acomodarse mejor a la forma de las parcelas (Foto 15). Según el tipo de boquilla varia el tamaño de las gotas, el ángulo de salida del flujo y el diámetro mojado.
Foto 14: Aspersor macho ¾” Riegoscosta RC 140 Foto 15: Aspersor sectorial RC 135
Existen aspersores de alta, media y baja presión, según la clasificación mencionada antes. El caudal de descarga y el diámetro de mojamiento están en función de la presión a la que son sometidos. Condiciones de trabajo con presiones menores a las que se recomiendan en catálogo se denominan subpresiones y presiones elevadas fuera del rango de trabajo del emisor sobrepresiones. En algunos sectores en ladera en el Departamento de Cochabamba, los agricultores adecuan sus aspersores a condiciones de subpresión, para ello aumentan el caudal de salida sacando las boquillas o haciéndolas tornear y ensanchar. Para evitar que gotas grandes dañen el cultivo o impacten el suelo bruscamente colocan un alambre como rompe-chorro (difusor). Este tipo de adaptaciones es necesario a consecuencia de una incorrecta selección de aspersores y boquillas.
Los aspersores pueden ser de plástico, bronce, teflón o aluminio. Por lo general se dividen en aspersores de jardín y aspersores agrícolas. De acuerdo con el diámetro de empalme en la base del aspersor. Los aspersores agrícolas suelen tener una base de ½”, ¾” 1” y 1¼”. Equipos de mayor diámetro se denominan cañones, que por lo general son utilizados en parcelas grandes o sobre carros móviles.
Los aspersores requieren una baja tasa de control de filtrado. En muchos casos es suficiente usar una malla milimétrica comercial para evitar su taponamiento.
de giro completo y de ¾” de diámetro de empalme. Todas sus piezas son desmontables. Para rearmarlo se tiene que tener en cuenta el orden de colocado y el número de giros del resorte de retorno, que es el que le da mayor o menor velocidad de giro al martillo. Una variación de esta velocidad puede afectar severamente la uniformidad de aplicación.
Figura 1: Despiece aspersor RC 140
Boquillas de mayor diámetro descargan mayores caudales, generando gotas de mayor tamaño. Para evitar que estas gotas no erosionen el suelo o lastimen el follaje de plantas, en muchos aspersores se cuenta con un tornillo en la parte final del martillo que trabaja como difusor.
En la Tabla 1 se presentan los datos básicos de emisión de un aspersor Rainbird H30, con detalles del radio de mojamiento y el caudal de emisión para distintas presiones de trabajo y diámetros de boquillas.
Tabla 1: Caudales y radios de mojamiento para varias presiones, aspersor Rainbird H30
Fuente. Catalogo Rainbird (Presión en boquilla en bares - BARS Nozzle, Tamaño de boquilla – Nozzle Size, Radio de mojamiento – Rad, Caudal de descarga – Flow)
Se recomienda trabajar con presiones medias del catálogo, es decir ni con las más bajas, ni con las más altas, ello permite estimar mejor el comportamiento de aspersores en campo y da espacio para eventuales fluctuaciones en la presión por ubicarse en puntos más altos o bajos en el terreno.
normal, con una mayor lámina aplicada cerca del emisor y una menor en los puntos más lejanos. Para homogenizar la aplicación sobre un terreno, se trabaja con áreas de mojamiento superpuestas entre aspersores, cuya suma de láminas genera una alta uniformidad (Figura 2).
Figura 2: Patrón de distribución de agua en aspersión
Los mayores enemigos de los sistemas por aspersión son:
El viento, que modifica la distribución de agua y obliga a modificar los patrones de ubicación de emisores.
Aguas cargadas de arena fina que genera abrasión en las tuberías y emisores. El mal manejo y torpeza de los usuarios con los equipos.
Goteros
Goteros son pequeños emisores fabricados generalmente de plástico de alta resistencia, que montados sobre líneas laterales permiten la aplicación de agua cerca de la zona de raíces de los cultivos. Trabajan por lo general a presiones entre 5 a 20 mca, con lentas descargas de agua de 1 a 10 l/hr por cada emisor.
Característico de estos emisores es:
La generación de bulbos de mojamiento alrededor de los goteros, en lugares donde se espera se concentre las raíces (Figura 3).
La necesidad de contar con un gran número de emisores en una línea lateral.
Figura 3: Bulbo de mojamiento de un gotero
Se clasifican los goteros de distintas maneras. Por ejemplo en función del recorrido que debe pasar el flujo:
Goteros de largo recorrido, con secciones de paso relativamente anchos. Por ejemplo los goteros de laberinto y microtubos.
Goteros de orificio, que regulan el flujo mediante secciones muy pequeñas. Goteros de diodo vortex, diafragma y de disco flotante.
También se clasifican los goteros en función del tipo de conexión con la manguera lateral:
Goteros botón
Goteros en línea
Por último, se clasifican los goteros según la respuesta en variación de caudal a consecuencia de variaciones de presión. Los que mantienen un caudal casi constante bajo un amplio rango de presiones se los llama autocompensados, a diferencia de los no-compensados, cuyo caudal fluctúa sustancialmente con la variación de presión.
En cintas de goteo los emisores están insertos en la pared de la manguera. Vienen espaciados generalmente en 20, 30, 45 o 50 cm entre goteros, trabajan a bajas presiones y presentan buenos resultados para cultivos bajo invernadero y en la producción de hortalizas (Foto 16). Su mayor debilidad es su menor durabilidad al estar en campo (se comercializa en mangueras de 0,10 a 1,25 mm de espesor), requieren una alta tasa de filtrado y son difíciles de reparar.
Foto 16: Cinta de goteo
Todos los goteros tienen catálogos de comercialización con sus curvas de descarga, rangos de presión, caudal de operación y requerimientos de filtrado.
Microaspersión
Los microaspersores son aspersores pequeños de plástico, montados sobre barras de plástico o metal para elevarlos entre 50 a 70 cm sobre el terreno, con capacidades de descarga entre 150 a 250 l/hr. Funcionan bajo presiones de 15 a 20 mca. Tienen diámetros de mojamiento pequeños, de 8 a 10 m. Se conectan al lateral con pequeñas mangueras de diámetro menor (por ejemplo 7 mm).
Foto 17: Rociado de microaspersor Foto 18: Rociado de microjet
Emisores de microjet tienen una similar instalación, pero trabajan con caudales de descarga y diámetros de mojamiento menores. La diferencia con los equipos de micro aspersión es que no tienen partes móviles, sino que el círculo de mojamiento se forma por el impacto del flujo en un plato con muchos canales.
Los requerimientos de filtrado para este tipo de emisores no son tan altos. Los catálogos recomiendan por lo general un filtrado de 60 mesh.
Foto 19: Microaspersor Foto 20: Microjet
Ecuación de descarga, presión y caudal
El caudal de salida en todos los emisores mencionados depende de la presión a la cual son sometidos. Una fórmula simple que describe este comportamiento es:
qe= k * Pex
qe = Caudal del emisor (m3/hr)
k = Coeficiente de proporcionalidad del emisor: depende del tipo de boquillas y la forma
de salida
Pe = Presión del emisor (mca)
x = Exponente de descarga del emisor: caracteriza el régimen de flujo y el rango de
autocompensación
Cada tipo de emisor cuenta con valores característicos de k y x. Para muchos emisores estándares estos valores se presentan en sus catálogos. En caso de que no se conozcan estos valores, en el Capítulo 4 se presenta una metodología para su determinación. Estos valores son importantes para el diseño, especialmente el valor de x.
Figura 4: Curvas de emisión para varios valores de x (a = 1, b = 0,5, c = 0)
La Figura 4 presenta tres curvas de descarga, para varios valores de x, que demuestra que mientras menor sea el valor de x, existe una menor variación en la descarga ante variaciones de presión.
2.3.2 Filtros
Los sistemas de riego tecnificado requieren operar con agua de buena calidad. El ingreso de sólidos puede obstruir (parte de) el sistema, dañar partes sensibles o móviles y reducir el flujo de agua por pérdidas de carga y disturbios en la red de tuberías. Cada tipo de emisor requiere un cierto grado de filtrado de agua para garantizar su buen funcionamiento. En los catálogos se encuentran los requerimientos propuestos por los fabricantes.
El material sólido en el agua puede ser de origen orgánico, inorgánico (arcillas y arenas) o biológico (algas o microorganismos). Con relación al riego tecnificado se distinguen partículas de tres tamaños: partículas de tamaño menor que la sección mínima de paso del emisor, las que por lo general pasan sin generar obstrucción, partículas de tamaño mayor que la sección mayor de paso del emisor, las que tampoco generan problemas ya que son arrastradas hacia el final de las tuberías y eliminadas en la limpieza, y las partículas de tamaño similar a las secciones de paso del emisor, que son las más peligrosas ya que fácilmente obstruyen los emisores.
Selección de filtros
Los filtros disponibles en el mercado se clasifican como: Filtros planos, como pantallas, anillas y canastillos.
Filtros de masa, con una gran masa de material granular de grava, arena o mixta. Filtros de separación, como hidrociclones.
No existe una regla sobre qué tipo de filtro utilizar en función del tipo de emisor. Esta decisión depende de la cantidad y calidad del material que se precisa filtrar. En muchos casos es necesario usar más de un tipo de filtro, colocados en serie. En la selección de los filtros también influyen criterios de precio y disponibilidad en el mercado.
Como apoyo para la selección se presentan los siguientes dos tablas:
Tabla 3: Aplicación de filtros según la fuente del agua
Una vez definidos los tipos de filtros a emplearse, se debe determinar sus dimensiones y características. Para ello se debe fijar los diámetros de empalme del filtro, el caudal de filtrado, el tamaño de los orificios por los que debe pasar el flujo (número de mesh), la pérdida de carga que ocurre durante el paso de agua por filtros (máximo 3,5 mca) y la presión máxima que soporta el equipo.
El tamaño de los orificios de un filtro se expresa en el número de mesh, que es igual al número de aperturas en una pulgada. Un número de mesh mayor representa orificios más pequeños y una mayor tasa de filtrado.
Como regla práctica para determinar la tasa de filtrado, en caso de que el emisor no contase con esa información en catálogo, se aconseja filtrar hasta un 25% del orificio del emisor utilizado. Es importante señalar que cuanto mayor la tasa de filtrado, más frecuentemente se tiene que limpiar el filtro.
Hidrociclón
El hidrociclón, también llamado separador de arena, es un equipo de cono invertido, que permite eliminar partículas inorgánicas pesadas aprovechando la diferencia de gravedad específica entre el agua y estas partículas. En el hidrociclón se generan fuerzas centrífugas que separan el material pesado del agua. Gracias a un flujo en espiral, las partículas pesadas descienden hacia el centro del cono donde son eliminadas del flujo.
La capacidad de un hidrociclón se expresa en el tamaño de partícula crítica (d50), definido como el tamaño de partículas con un 50% de probabilidad de ser separadas, y el factor de recuperación (R), que refleja la eficiencia de separación (Karmeli et al).
En sistemas andinos se instalaron pocos hidrociclones, pero su aplicación es recomendable en vista de la cada vez mayor explotación de agua de ríos o quebradas para riego tecnificado.
Foto 21: Hidrociclón Figura 5: Esquema de hidrociclón
Filtros de masa
Los filtros de masa son tanques con material granular por donde pasa el agua. Suelen llamarse de filtración profunda, por su capacidad para retener material sólido en todo el volumen del filtro. Son sumamente efectivos en la retención de material orgánico, ya que permite una filtración en superficie y profundidad. El material de relleno de filtros puede ser uniforme en toda la profundidad o colocado en capas de distinta graduación.
La tasa de filtrado de un tanque de arena o grava depende del tamaño de material granular y de la carga de sedimento en el agua. El caudal de trabajo del filtro está en función del área transversal de su paso. Por tanto, a mayor cantidad de partículas en suspensión menor tasa de filtrado y a mayor diámetro del tanque mayor caudal. Se recomienda utilizar valores de 10 a 17 l/s por metro cuadrado de sección de paso, 10 l/s cuando la carga de sedimentos es alta y 17 l/s cuando es baja.
Foto 22: Filtros de arena
La Tabla 5 presenta la relación entre tamaños de partículas en el filtro y el número de mesh.
Tabla 5: Relación diámetro de partículas y número de mesh
Hay que tener cuidado al definir el tamaño del filtro, ya que un tanque pequeño para agua con muchas impurezas genera altas pérdidas de carga, baja calidad de filtrado y necesidad de limpiezas frecuentes.
A continuación se detalla los rangos para los parámetros de diseño para este tipo de filtros (Karmeli et al, 1983):
Tamaños de la masa granular 0,5 – 1,5 mm
Profundidad de la cama de material 0,5 m (en caso de grava) – 1,0 m (en caso de arena)
Pérdidas de carga 0,5 – 4,0 mca
Intervalo entre retrolavados 12 – 72 horas
Para limpiar el filtro se realiza un retrolavado, invirtiendo la dirección de flujo dentro del tanque, permitiendo que el agua salga fuera del cabezal. Para ello puede usar un tanque en paralelo que produce agua limpia para el retrolavado del segundo tanque (Figura 7). En sistemas pequeños, suele haber un sólo tanque, por lo que se debe esperar un buen momento para hacer el retrolavado con agua de la mejor calidad.
Figura 6: Dirección de flujo para filtrado Figura 7: Dirección de flujo para retrolavado Fuente: Catálogo FRESNO Valves and Casting. Inc.
Debido a que el material granular se va moliendo y perdiendo volumen, es recomendable colocar un filtro de malla posterior a los filtros de masa para evitar que entre material a la red de tuberías que podría obstruir emisores.
Filtros de anillas (discos)
Foto 23: Filtro de anillas Foto 24: Inspección de filtro de anillas
Los filtros de anillas (también denominados de discos) son filtros compuestos por una serie de anillas colocadas una encima de otra. Entre las anillas se generan pequeños conductos por donde pasa el agua. La tasa de filtrado (número de mesh) está en función del tamaño de estos conductos o ranuras.
Poco a poco estos filtros están reemplazando a los tanques de arena, debido a que estos también permiten filtrar en superficie y profundidad (el volumen que se genera debido al ancho de la anilla). Su mayor ventaja radica en el menor espacio que ocupan, la facilidad para retrolavarlos y su resistencia a la abrasión química en caso de inyección de fertilizantes.
La selección de los filtros de anillas depende del caudal de diseño, presión de trabajo y número de mesh requerido.
Filtro de malla
Foto 25: Filtro de malla con hidrociclón Foto 26: Carcasa filtro de malla
En los filtros de malla el agua pasa por una malla cilíndrica de acero inoxidable o de nylon resistente. A diferencia de filtros de arena y discos, solo permite un filtrado en superficie, reteniendo un menor número de partículas. En fuentes de agua con un alto grado de contaminantes requiere limpiezas frecuentes.
Las mallas de acero tienen una capacidad de filtrado de un caudal máximo de 250 m3/hr por m2de malla y las de nylon de máximo 100 m3/hr por m2de malla.
En su selección, se debe tener en cuenta el caudal de diseño, la presión máxima de operación y el número de mesh del filtro. De catálogo se obtiene la pérdida de carga. La Figura 8 presenta un cuadro de catálogo para el filtro de malla 3387 Palaplast de 2”, con una presión de trabajo máxima de 8 bares. Se aprecia que para un caudal (discharge) de 12,5 m3/h que pasa por el filtro de malla (screen) de 120 mesh se genera una pérdida de carga (Pressure loss) de 0,09 bar o 0,09 metros de columna de agua.
Figura 8: Catálogo filtro Palaplast 3387 de 2”
Para sistemas por aspersión en ladera, es común colocar como filtro una malla milimétrica comercial (mosquiteras) en el ingreso de tuberías de carga a cada sector. Esta tiene una calidad de filtrado de aproximadamente 20 mesh.
Foto 27: Filtro con marco para cámara de carga aspersión Foto 28: Malla milimétrica para filtrado de agua
2.3.3 Tuberías
La red de tuberías consiste de una sucesión de tubos y piezas especiales que conforman una estructura de conducción de agua para riego. Permite la distribución de agua a presión a cada sector, así como la entrega de agua a cada emisor para la aplicación de agua al suelo.
En sistemas tecnificados, las tuberías de plástico tienen bastante éxito. Las más usadas son las de policloruro de vinilo (PVC) y polietileno (PE). Pueden tener una larga vida útil cuando no están expuestas al sol. En caso de tuberías expuestas, se recomienda el uso de tuberías metálicas, como de aluminio, fierro galvanizado (FºGº) o fierro fundido.
Para mayor información se recomienda revisar el capítulo Tuberías del libro “Obras de riego en zonas montañosas” (Bottega y Hoogendam), que presenta características geométricas y de trabajo de tuberías, ventajas y desventajas, como también recomendaciones de cálculo para su diseño hidráulico y su instalación.
2.3.4 Accesorios
ManómetrosLos manómetros son equipos de medición de presión, que se colocan por lo general en el cabezal de control. Permiten verificar la presión de trabajo del sistema y la presión de operación de emisores. En sistemas con un cabezal complejo, el uso de dos manómetros, antes y después de los equipos de filtrado, permite evaluar la necesidad de limpieza en función de la pérdida de carga entre los dos puntos.
En un sistema tecnificado se recomienda incluir algunos puntos de toma de presión, especialmente al ingreso de las unidades de riego, donde con un manómetro y aguja se pueda evaluar la presión (Foto 31). En sistemas por aspersión el uso de un pitot permite medir la presión dinámica de trabajo (Foto 32).
Foto 31: Medición de presión en cabezal Foto 32: Aspersor y pitot
Válvulas
Las válvulas permiten controlar y operativizar el flujo en la red de tuberías. Las más empleadas son: Válvulas de retención, que también se conocen como válvulas anti-retorno. Garantizan que el flujo
de agua vaya en un solo sentido. Se recomienda su uso especialmente en sistemas con equipos de fertirrigación y con agua de pozos, ya que evita un posible flujo de retorno hacia la fuente y su consecuente contaminación. Colocadas al inicio de la tubería de succión de una bomba evita que haya que cebar la bomba para cada puesta en marcha. En sistemas donde se eleva el agua a cotas superiores, es necesario colocar una válvula de retención que proteja al cabezal y bomba de posibles golpes de ariete.
Válvulas de paso, que son usadas para el control de flujo y presión. Las más usadas son las de medio giro, de mariposa y de compuerta. Las de medio giro se abren y cierran mediante el giro en 90º de una palanca. Las de mariposa se operan mediante el giro de un volante que hace rotar un plato circular. En las de compuerta el giro de un volante hace subir o bajar un plato. En general se recomienda no usar válvulas de medio giro en sistemas de riego tecnificado para evitar aperturas y cierres bruscos. Válvulas de aire, son aquellas que permiten el ingreso y salida de aire de la red de tuberías. Salida de
aire en los puntos altos donde se puede producir embolsamientos de aire e ingreso durante el vaciado de agua de la red evitando el trabajo a succión de las tuberías.
Accesorios especiales
Para la instalación de una combinación de tuberías se requiere una gran cantidad de accesorios para los cambios de dirección, empalmes, derivaciones o fines de líneas. En la Figura 9 se presentan algunos de estos accesorios.
Figura 9: Accesorios para tuberías de polietileno
Codo 90º Adaptador rosca Tee Polietileno - rosca Acople Codo 90º polietileno - rosca
En los planos de detalle se recomienda presentar todos los accesorios para su implementación (Figura 10).
Figura 10: Detalle de materiales. Planos de diseño
Para el empalme de laterales en sistemas de goteo se usan accesorios especiales, como empaques con gromits.
Figura 11: Instalación de un lateral de goteo con empaque y gromit
Inyectores de fertilizante
En el cabezal se puede inyectar un flujo de fertilizantes líquidos, que mezclados con el agua, se distribuirán de manera uniforme a todas las áreas de cultivo. Existen varios equipos para realizar estas aplicaciones. Entre los más comunes están el inyector venturi, que mediante la estrangulación del flujo produce un efecto de succión que permite el ingreso del fertilizante a la red de tuberías, y el tanque de fertilización, que es un depósito en el que se coloca la solución fertilizante para luego inyectarla al flujo por diferencia de presión a través de algún mecanismo giratorio.
No es común el uso de estos equipos en zonas andinas debido a la baja disponibilidad de fertilizantes líquidos y su relativamente alto costo. En cultivos intensivos de pequeña escala hay algunas experiencias con la inyección de urea (nitrógeno) y la limpieza de tuberías con ácido fosfórico, que además apoya en la fertilización por el aporte de fósforo al suelo.
Foto 33: Tanque de fertilización Foto 34: Inyector venturi
La inyección de fertilizante genera un incremento sustancial en la pérdida de carga en el cabezal. Es de esperar caídas de presión entre los manómetros de ingreso y salida del cabezal cercanas al 20%. La selección del tamaño de equipo está en función de los caudales de inyección que se prevea utilizar.
2.4 Obras adicionales
Aparte de los equipos específicos, los sistemas de riego tecnificado también requieren las obras comunes para la captación, almacenamiento, conducción, regulación y control del flujo. Existe extensa literatura sobre estas obras, por lo que aquí se las describe en términos generales. Una referencia práctica para la zona andina es el libro “Obras de riego para zonas montañosas” de Bottega y Hoogendam.
2.4.1 Captaciones, desarenadores y estanques
CaptacionesEn función del tipo de fuente y las características del lugar de la captación, se puede elegir entre una gran variedad de estructuras de captación, como cámaras colectoras para vertientes, azudes derivadores, tomas tirolesas, galerías filtrantes y tajamares.
Su capacidad, dimensiones y obras adicionales dependen mucho del tipo de obra seleccionada, la carga de material que transporte el agua y la posibilidad de enfrentar crecidas de agua que pongan en riesgo la obra.
Desarenadores
Los desarenadores son las primeras estructuras destinadas a separar el material sólido y pesado del flujo de agua hacia la zona de riego, evitando su deposición en los canales y obras de arte. Un buen desarenador reduce el mantenimiento necesario, disminuye los efectos de erosión en la solera y las paredes de canales, y evita la obstrucción de tuberías en las que la limpieza es más compleja.
Para el dimensionamiento de los desarenadores se tiene que tomar en cuenta el tipo de fuente, la carga de sólidos, la existencia de creciente en río y quebradas y la posibilidad de realizar mantenimientos periódicos frecuentes.
De ninguna forma, los desarenadores pueden reemplazar la función de los filtros.
Estanques
Los estanques o reservorios son estructuras para almacenar agua. La acumulación temporal permite regular el caudal de salida, regular el intervalo entre aplicaciones y evitar el riego nocturno. Lo último se valora mucho en zonas en ladera donde se requiere mucha mano de obra para la aplicación controlada de agua.
Existen varios tipos de estanques, así como variados materiales para garantizar su impermeabilización. Para riego tecnificado, su capacidad puede fluctuar entre 500 y 3000 m3de agua. Para optimizar su uso deben instalarse en sectores elevados para poder cargar el sistema por gravedad. Hay que tomar en cuenta que inmediatamente debajo del estanque no existe la presión suficiente para hacer operar un sistema de riego de goteo o aspersión.
2.4.2 Cámaras
En sistemas tecnificados, especialmente de aspersión en ladera, se necesitan varios tipos de cámaras con distintas funciones: permitir el ingreso y carga de agua a algún sector de riego, para cortar la línea de presión dinámica en la bajante de alguna tubería o para alojar válvulas de regulación y paso de agua.
Para todas las cámaras se recomienda utilizar tapas metálicas con posibilidad de apertura en 180º y que tapadas cuenten con una leve pendiente para evitar el estancamiento de agua y oxidaciones.
Cámara de carga
La cámara de carga es una estructura que permite el ingreso y llenado de tuberías de una red a presión. Suele estar en el punto más alto de la red. Sus dimensiones dependen de razones constructivas y de mantenimiento. La altura mínima depende una altura h constante para la carga de la tubería. Para ello se propone usar la ecuación de Torricelli:
Q = C * A * 2 * g * h Q = Caudal (m3/s)
C = Coeficiente de pérdida al ingreso de la tubería (adimensional)
A = Área de la sección transversal de la tubería (m2)
h = Tirante de agua sobre la tubería (m)
g = Aceleración de gravedad (9,81 m/s2)
En caso de que el valor obtenido de h fuera menor a 0,60 m, se recomienda utilizar el valor de 0,60 m debido a razones constructivas.
Se recomienda:
Ubicar la base de la tubería como mínimo 12 a 15 cm por encima de la solera de la cámara, para evitar que el material depositado en el fondo ingrese a la red.
Colocar un canastillo, prefiltro o malla milimétrica al ingreso a la tubería.
Colocar rejillas en posición inclinada al ingreso de la cámara para evitar el ingreso de material. Dimensiones mínimas de 0,70 x 0,70 m para permitir la limpieza de la cámara.
Contar con una vía de desfogue de excedentes hacia lugares seguros (sin riesgo de erosión).
Foto 35: Cámara de carga de triple cámara Foto 36: Cámara de carga
Para facilitar su construcción, se recomienda usar ladrillo “gambote”, porque ahorra en el uso de encofrados y acelera la construcción.
Cámara rompe-presión
Las cámaras rompe-presión rompen la línea de presión del agua al interior de una tubería, devolviéndola a la presión atmosférica. La cota para ubicar una cámara rompe-presión depende de la presión estática a la que pueden ser sometidas las tuberías. La idea es nunca permitir que esta presión sea igual o mayor a la resistencia de rotura de las tuberías empleadas. Cuanto mayor la resistencia de la tubería, mayor el área agrícola bajo la cobertura de cada cámara.
Se recomienda reducir el número de cámaras rompe-presión al mínimo por un tema de costos, facilidad de operación y considerando que en las vecindades de las cámaras puede haber áreas sin regar con la presión adecuada.
Las dimensiones de este tipo de cámaras están en función de razones constructivas y de mantenimiento. Pueden diseñarse cámaras de uno o dos compartimientos. En cámaras de un sólo compartimiento, este sirve tanto para el impacto de agua como para la carga al siguiente tramo de tuberías. En las de dos, el compartimiento de impacto recibe el flujo a presión y el compartimiento (interconectado) de carga sirve para llenar tuberías del siguiente sector. Antes de cada cámara se recomienda instalar una válvula, de manera que se puede instalar un hidrante antes de la cámara, para atender a los terrenos directamente inferior.
